电子课件-《汽车材料(第三版)》-A07-0096-9第九章-汽车电工材料

汽车电器元件在制造过程中也使用了金属材料和非金属材料，这些材料在电器零件中的主要作用是导电、导磁或绝缘，在汽车电气工程中，将这些起导电、导磁或绝缘等作用的材料称为汽车电工材料。汽车电工材料可分为绝缘材料、导电材料、半导体材料和磁性材料。1.了解绝缘材料的分类、性能与用途。2.熟悉绝缘材料在汽车中的应用。汽车电气设备中的电器元件采用了大量的绝缘材料，如分电器中的分电器盖、分火头、触点臂与支撑轴之间的塑料胶套；点火线圈中的一二次绕组；高压导线的外皮等。因导线绝缘失效引起汽车自燃绝缘材料的稳定性和可靠性是电气设备正常工作的基础。在汽车的使用过程中，经常有汽车电气绝缘层损坏导致汽车发生自燃的情况。（1）气体绝缘材料：空气、氮气、二氧化碳和六氟化硫等。（2）液体绝缘材料：变压器油、断路器油、电容器油、电缆油等。（3）固体绝缘材料：绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸等。（1）常用有机绝缘材料：虫胶、树脂、橡胶、棉纱、等，大多用以制造绝缘漆、绕组导线的被覆绝缘物等。（2）常用无机绝缘材料：云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃等。主要用做电动机、电器的绕组绝缘、开关的底板和绝缘子等。（3）混合绝缘材料：为由以上两种材料经过加工制成的各种成形绝缘材料。用做电器的底座、外壳等。按材料的用途可分为高压工程材料和低压工程材料。按材料来源可分为天然绝缘材料和人工合成绝缘材料。（1）漆、树脂和胶类：浸渍漆、覆盖漆、胶黏漆等。（2）浸渍纤维制品类：漆布、漆管、漆绸、绑扎带等。（3）层压制品类：层压板、层压管、层压棒等。（4）塑料类：木粉填料、有机填料、石棉填料等。（5）云母制品类：云母带、云母板、云母管、云母箔等。（6）薄膜、黏带和复合制品类：薄膜、薄膜黏带等。绝缘材料的绝缘电阻是指绝缘材料在直流电压作用下，加压较长时间，待线路上的充电电流和吸收电流消失，只有漏电电流通过时的电阻值。在电场强度不太高时，漏电电流与直流电场强度的比值即为绝缘材料的电导率。电导率的倒数即为绝缘材料的电阻率。当施加于绝缘材料上的电场强度高于临界值时，通过绝缘材料的电流剧增，使绝缘材料的分子发生破裂式分解，从而完全失去绝缘性能，这种现象称绝缘材料的击穿。绝缘材料被外部施加的电压击穿时的电压值即为绝缘强度。火花塞电击穿点火绝缘材料在运行过程中由于各种因素的作用而发生一系列不可逆的化学、物理变化，从而导致了材料电气性能与力学性能的劣化，这种不可逆的变化通称为老化。绝缘老化分为热老化、环境老化和电老化。绝缘材料的老化区别于电击穿，老化现象一旦发生，绝缘性能不可恢复。通常情况下，常温常压下的干燥气体均具有良好的绝缘性能。（1）空气空气是一种天然易得的，最普通、最常见的气体绝缘材料，具有良好的绝缘性能。它除了天然存在于电气设备周围起着绝缘作用外，还可以压缩状态用于开关和电容器等。（2）氮气氮气是一种极稳定的气体。可在较低的温度和较高的压力下使用，但击穿电压比空气低。氮气主要用做标准电容器的绝缘，还可用做大型变压器的保护气体，以防止绝缘油氧化和进入潮气。绝缘油在变压器、断路器、电流和电压互感器、套管等油浸绝缘高电压设备中，通过浸渍和填充消除了设备内绝缘层的气隙，从而提高了绝缘强度，并改善了设备的散热性能。同时，绝缘油还有较强的灭弧作用。油浸式点火线圈浸渍漆主要用于浸渍电器线圈，填充线圈中的空隙和槽端部空隙，提高电器线圈的绝缘强度、力学性能、导热性能和防护性能。绝缘漆是以高分子聚合物为基础，在一定条件下固化成绝缘硬膜或绝缘整体的绝缘材料。绝缘漆按用途可分为浸渍漆、漆包线漆、丝包线漆、覆盖漆、硅钢片漆和防电晕漆。漆包线漆和丝包线漆主要用于电磁线绝缘。电磁线在绕制线圈、嵌线等过程中，受到热、化学和多种机械力的作用。电机转子中的漆包线覆盖漆用于涂覆浸渍过的电气线圈、绝缘件和金属结构件的表面，形成厚度均匀的绝缘保护层，达到隔绝空气，防止氧化老化，提高耐腐蚀性、耐潮性和耐化学性，改善热导率的目的。硅钢片漆用于涂覆硅钢片，作为铁心叠片间绝缘，以降低铁心的涡流损耗，增强防锈和耐腐蚀能力。按漆基分为有机型、半无机型和无机型；按溶剂分为有溶剂型和水溶剂型。绝缘纤维制品是指绝缘纸、纸板、纸管和各种纤维织物等绝缘材料，常用植物纤维、无碱玻璃纤维和合成纤维制成。浸渍纤维制品由绝缘纤维材料为底材，浸以绝缘漆制成。常用的浸渍纤维制品有漆布、漆管和绑扎带等。电工层压制品是以有机纤维、无机纤维作为底材，浸（或涂）以不同的胶黏剂，经热压（或卷制）而制成的层状结构的绝缘材料。常用的层压制品有层压板、层压木、层压管、层压棒、层压电容套管芯等。绝缘薄膜由若干种高分子材料聚合而成。主要用做电动机、电器线圈和电线电缆绕包绝缘或电容器介质。复合材料是在薄膜的一面或两面黏合纤维材料而制成的一类绝缘材料。主要作用是加强薄膜的力学性能。适用于中小型电机的槽绝缘及电机、电器线圈的端部绝缘和相间绝缘。黏带是在一定的温度和压力下能自黏成形的带状材料。主要用于电动机、电器线圈的绝缘，电气设备导线的包扎固定、绝缘等。电工用黏带分为薄膜黏带、织物黏带和无底材黏带三类。电工胶布云母制品是以云母、胶黏剂及补强材料为基料，经过加工制成的绝缘品。云母电容器电气绝缘是一切电气设备的重要组成部分。实践证明，绝缘介质在电气设备或线路中往往是薄弱环节。因此，绝缘材料的正确选用不仅会影响到电气设备的容量和体积，而且还直接关系到电气线路运行的质量和使用寿命。1.了解导电材料与半导体材料的分类、性能与用途。2.熟悉导电材料与半导体材料在汽车中的应用。导电材料可分为：（1）普通导电材料：专用于传导电流的金属材料。（2）特殊导电材料：既有传导电流的作用，又具有其他特殊功能（熔断、加热等）的导电材料。如熔体材料、电阻合金等。（3）半导体导电材料：导电能力介于导体与绝缘体之间的导电材料，如硅、锗、砷化镓等。（4）超导体材料：金属导体的电阻随温度的降低而减少，当温度降低到一定程度时，会出现电阻突然消失的现象，这种现象称为超导现象。能出现超导现象的物质（零电阻特性）称为超导体。（5）导电高分子材料：传统的高分子材料由于具有良好的力学性能，作为结构材料得到了广泛的应用，通常为绝缘体。导电高分子材料包括结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。纯铜具有高的导电性和导热性，塑性好，强度低，在大气、淡水及非氧化性液体酸中具有良好的耐蚀性，且无低温脆性，易于加工，便于焊接。纯铜是最早广泛应用的导电材料。导电用铜合金有银铜、镉铜、铬铜、铍青铜等。铝的导电性稍次于银、铜，室温下其电导率约为铜的62％，但铝的相对密度小。铝合金经强化，其强度比纯铝高，且保持了密度小、抗蚀性和导热性好等优点，电导率相对纯铝降低也很小。常用导电铝合金有铝镁合金、铝镁硅合金、铝锆合金和铝硅合金等。金的电导率仅次于银、铜，有优良的化学、物理和力学性能，在大气中不氧化，抗有机污染，加工性能极好。金丝是微电子工业的重要导电材料。银及银合金是电器开关的重要触头材料。银的优良导电性、导热性居导电金属之首，接触电阻低而稳定，抗高温氧化，加工性能好。复合导电金属根据性能的不同分为高强度、高导电、高弹性、耐高温、耐腐蚀等类型。高强度类主要有铝包钢线、铜包钢线、镀锡铜包钢线、铜包钢排等。高导电类主要有铜包铝线、铜包铝排等。电刷是用在电动机的换向器或集电环上的，其主要作用是在电动机的固定部件和旋转部件之间传导电流。紫铜电炭导电材料在汽车电气设备中分别用于制作电动机的电刷、分电器盖中的炭棒高压线中的导线接头等。电机中电刷炭棒在电炭导电材料中占有重要的份额，在汽车设备中常用于制作导电元件，如分电盖的中心电极。炭棒是以石墨和煤焦沥青为主要原料，掺入少量焦炭粉和黏土等辅助原材料加工成形的。炭棒中石墨的含量高，则炭棒中碳的含量也高，炭棒的电导率也越高。熔体是熔断器的主要组成部分，串联于电路中。汽车电气设备中，熔体材料常用于制作熔断器、易熔线等。汽车电气设备中常用的特殊导电材料有：熔体材料、电阻合金、电热合金、热电偶材料、热双金属片材料等。由于所保护电路的额定电流不同，熔丝应有不同的截面积。为便于选用和识别，熔断器外壳标有标称电流值，并分为多个档次，如5A、10A、15A等。汽车常用熔体材料（熔丝）电阻合金是以电阻特性为主要特征的合金材料，在汽车电气设备中常用于制作电压调节器的加速电阻器及附加电阻器、燃油量传感器的可变电阻器等。两个带电部分连接在一起时，在接触处所用的材料即为电触点材料。常用的触点材料有纯金属、合金等。汽车常用电触点材料——继电器由热膨胀系数差异较大的两种金属（或合金）牢固结合而形成的组合材料即为热双金属片材料。热双金属片受热时产生弯曲变形是它的基本特性。根据使用要求可将热双金属片做成不同的形状，以产生直线或转角位移，并在位移过程中产生一定的推力或力矩，从而起到控制作用。电热材料是一种能将电能转变成热能的材料。电热材料按材料性质分为金属材料和非金属材料。弹性合金是一种既具有一定的导电性又有良好弹性的材料。常用的弹性合金材料有：高弹性合金、高温高弹性合金、恒弹性合金、耐腐蚀弹性合金等。电磁线是一种具有绝缘层的裸导线，常用以绕制电机、电工仪表中的线圈或绕组。电磁线按线芯外形可分为圆线、扁线、带、箔等；按线芯材质可分为铜、铝线等。按绝缘层特性和用途可分为漆包线、绕包线、无机绝缘线和特种电磁线等。在导电线芯上涂覆绝缘漆后烘干而成的一种电磁线，即为漆包线。电磁线（漆包线）按其长期使用温度及使用特点分，漆包线分为普通漆包线、耐高温漆包线、特种漆包线。按其导电线芯材料不同，漆包线分为铜漆包线、铝漆包线、锰铜漆包线、康铜漆包线等。按其外形分为圆线、扁线、方形线和空心线。现代汽车电气设备中大量使用了微型电动机，其中应用的就是特种漆包线。怠速电动机用绝缘纸、玻璃丝、天然丝或合成树脂薄膜等绝缘物质紧密绕包在导电线芯（或漆包线芯）上而制成的电磁线，即为绕包线。按其绝缘层的结构可分为纸包线、纤维绕包线、薄膜绕包线等。不同的电器产品对电磁线有不同的性能要求，选用时应考虑：电气性能、耐热等级与热性能、空间因素、力学性能、相溶性、环境条件及其他因素。汽车内部是一个十分复杂的小环境，存在着振动、摩擦、油污、高热、寒冷和电磁辐射等各种复杂条件。汽车发动机舱的管线（1）电气性能汽车电气设备所用的电线、电缆线芯应具有良好的导电性。汽车常用电线、电缆的线芯常采用铜或铜合金。（2）绝缘性能在点火系统中工作的高压电器零件（如高压导线）要求其绝缘材料具有较高的绝缘电阻。连接发动机部分电器元件的电线要求所用电线、电缆的耐热等级要高。（3）力学性能当汽车行驶在不平路面上时，车身会产生振动，安装在车身上的电器元件其相互间的位置也会发生微小的移动，因此要求所用电线、电缆应具有一定的抗拉强度、伸长率、弹性等性能。汽车上常用的电线、电缆采用圆形导线结构，一般由导电线芯、绝缘层和护层组成。导电能力介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体。汽车发电机中的半导体器件（正负极板）半导体材料按化学成分分为元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、玻璃半导体和有机半导体。（1）元素半导体由单一元素组成的半导体材料称为元素半导体，如硅、锗、硼、砷、锑、硒等。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件，因此，硅已成为应用最多的一种半导体材料。常用的半导体材料（二极管）（2）化合物半导体由两种或两种以上元素组成并具有半导体特性的化合物称为化合物半导体。1）砷化镓。用其制作集成电路、激光器。2）磷化镓。橙色透明的晶体，可制成绿色发光二极管。3）磷化铟。深灰色的晶体，适合于制作大功率器件。4）N型半导体。在半导体中掺入五价杂质元素，例如磷。5）P型半导体。掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等。（3）固溶体半导体由两种或两种以上元素半导体或化合物半导体相互融合而制成的半导体材料称为固溶体半导体。（4）玻璃半导体像玻璃那样，具有无定形结构的半导体称为玻璃半导体。已广泛应用于光电池、光电子器件。（5）有机半导体具有半导体性质的有机化合物称为有机半导体，如萘、蒽、聚丙烯腈和聚二乙烯苯等。半导体材料的导电性介于导